이중편파 기상 레이더 미세물리 & 1,000Hz 0-Alloc C# 차동 반사도(ZDR) 돌발홍수 선제 조기경보 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Stem.RadarMeteorology
{
    /// 

    /// 레이더 거리 게이트(Range Gate) 1ms 수신 데이터
    /// 
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public readonly struct RadarGateSample
    {
        public readonly uint GateIndex;
        public readonly float ReflH_dBZ;       // 수평 반사도 ZH (dBZ)
        public readonly float DiffRefl_dB;     // 차동 반사도 ZDR (dB)
        public readonly float DiffPhaseDeg;    // 차동 위상차 PhiDP (deg)
        public readonly float CorrelationRhoHv;// 편파간 상관계수 RhoHV

        public RadarGateSample(uint index, float zh, float zdr, float phiDp, float rhoHv)
        {
            GateIndex = index;
            ReflH_dBZ = zh;
            DiffRefl_dB = zdr;
            DiffPhaseDeg = phiDp;
            CorrelationRhoHv = rhoHv;
        }
    }

    /// 

    /// 1,000Hz 0-Alloc 이중편파 레이더 강수 역산 및 홍수 조기경보 서보 엔진
    /// 
    public ref struct DualPolRadarFloodServo
    {
        private const float GateLengthKm = 0.250f; // 250m 거리 게이트 폭
        private const float FlashFloodThresholdMmh = 65.0f; // 시우량 65mm 이상 홍수 경보

        private float _lastPhiDp;
        private float _runningRainfallRateMmh;
        private int _floodAlertTicks;

        public DualPolRadarFloodServo(bool initialize = true)
        {
            _lastPhiDp = 0.0f;
            _runningRainfallRateMmh = 0.0f;
            _floodAlertTicks = 0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public bool ProcessGate(in RadarGateSample sample, out float rainRateMmh, out bool flashFloodAlarm)
        {
            // 1. 비기상 에코 제거 (지하철/건물 클러터: RhoHV < 0.85 필터링)
            if (sample.CorrelationRhoHv < 0.85f)
            {
                rainRateMmh = 0.0f;
                flashFloodAlarm = false;
                return false;
            }

            // 2. 비차동 위상차 Kdp 계산 (0-Alloc 미분)
            float deltaPhi = sample.DiffPhaseDeg - _lastPhiDp;
            _lastPhiDp = sample.DiffPhaseDeg;
            float kdp = MathF.Max(0.01f, (deltaPhi / (2.0f * GateLengthKm)));

            // 3. Bringi 최적 강우 강도 R(Kdp, Zdr) 산출
            float zdrClamped = Math.Clamp(sample.DiffRefl_dB, 0.1f, 4.0f);
            float zdrTerm = MathF.Pow(10.0f, -0.169f * zdrClamped);
            float kdpTerm = MathF.Pow(kdp, 0.93f);
            float instantRainRate = 90.8f * kdpTerm * zdrTerm;

            // 4. 스택 평활 및 돌발 홍수 판정
            _runningRainfallRateMmh = (0.2f * instantRainRate) + (0.8f * _runningRainfallRateMmh);
            rainRateMmh = _runningRainfallRateMmh;

            if (_runningRainfallRateMmh >= FlashFloodThresholdMmh)
            {
                _floodAlertTicks++;
                flashFloodAlarm = (_floodAlertTicks >= 5); // 5개 연속 게이트 극단 강우 시 즉시 경보
            }
            else
            {
                _floodAlertTicks = Math.Max(0, _floodAlertTicks - 1);
                flashFloodAlarm = false;
            }

            return true;
        }
    }
}